在當前社會，能源矛盾與環境問題越來越凸顯，發展各類清潔能源是必然趨勢。近年來，光伏行業快速發展，技術更新逐步加快，目前光伏行業正向產品多元化發展，高可靠性、高功率、低安裝成本的各種功能組件研究開發已成為光伏組件發展的一種方向。傳統玻璃光伏組件其重量每平方米達到10kg以上，加上安裝支撐結構，光伏組件每平方米的重量至少達到12kg以上。當其應用在建筑物頂部或墻面等場合中，對光伏組件的支撐結構提出了較高的要求，增加了工程建設難度以及安裝的成本，具體表現為：在建筑物頂部或墻面安裝過程中，存在重量重，安裝勞動強度大，實施困難；特別在有一些場合由于建筑承重載荷的限制，導致無法安裝光伏組件。 因此，有必要尋求一種光伏組件用新型封裝材料來解決現有光伏組件封裝結構中存在的封裝材料重量重的問題。此新型材料應具有重量輕，易折彎，不易破碎等優點，同時又滿足抗紫外、抗老化、抗沖擊、防火等光伏行業技術標準的要求。 圖1 封裝材料結構示意圖 將粉末涂料不經過噴涂成膜而是直接通過熱壓成型，制成透明、耐候、耐水、耐化學品，而又柔軟輕薄的封裝材料，替代傳統的玻璃，是一個很好的選擇。經過多次論證和前期理論研究，我們決定采用丙烯酸體系來開發這個產品。丙烯酸粉末涂料透明度高，耐候性好，耐化學性能好，浸潤性好，反應活性高等優點，可以符合太陽能行業的要求。由于市面上的絕大多數粉末涂料用丙烯酸樹脂都是針對于汽車輪轂行業的，其耐候性，耐化學品性，反應活性等均不符合太陽能行業的要求。我們聯合國內專業丙烯酸樹脂供應商，為太陽能行業特別開發了專用的丙烯酸樹脂。 經過不懈努力，丙烯酸產品已經通過客戶穩定批量生產，客戶使用后反饋性能穩定，各項性能指標都能滿足光伏行業的封裝標準要求。其中透光率達到94%，170℃下能夠完全固化成型，3000小時UVB照射后色差小于1.5，保光率大于95%，達到戶外20年的耐候級別，濕熱1000小時后的色差小于1.5，保光率大于90%，急凍測試和冷熱循環測試后的力學性能均達到光伏行業要求。 結果與討論 光伏組件用丙烯酸樹脂是GMA型的丙烯酸樹脂，這種樹脂具有透明度好，反應活性大，粘度低等優點，非常符合太陽能光伏面板的應用需求。透明度方面，客戶使用結果表明，丙烯酸粉末層壓出來的組件透明度相當高，透光率達到94%，跟光伏常規玻璃面板的透光率一致，光電轉化效率也跟常規玻璃組件無異。由于光伏組件里面還有其他組分，這些組分不耐高溫，當層壓溫度高于170 ℃以后，這些組分便開始不穩定并分解，所以用于光伏組件的粉末涂料體系必須能夠在170度以下固化成型。光伏組件用丙烯酸粉末在170 ℃20分鐘的固化條件下可以完全固化成型，170 ℃的膠化時間大約在270秒左右，反應速度較快。同時粉末又必須跟其他組分之間有很好的相容性，結合力和浸潤性，使得組件不會在使用過程中脫開。這個用于光伏組件的丙烯酸粉末在170 ℃下具有很好的流動性，斜流長達230毫米，可以很好的浸潤和包覆基材。光伏組件用丙烯酸粉末具有比較好的機械性能，固化以后有一定的彎曲性和韌性，能夠讓組件應用于不同的建筑物外立面上，大大拓展了光伏組件的應用范圍。 表2 光伏組件用丙烯酸粉末的基本性能 太陽能光伏應用對光伏組件的耐候要求非常的高，因為組件需常年經受太陽的暴曬，特別是在那些光能豐富的地區，如沙漠、戈壁，太陽暴曬時間長，強度大，如果沒有優異的耐候性能，組件在短時間內就會透明度下降，失光，變黃甚至粉化。光伏組件用丙烯酸粉末具有非常優異的耐候性能，在1500小時UVB照射之后，色差小于0.5，保光率接近100%，這已經優于市面上絕大部分的丙烯酸粉末，包括汽車用丙烯酸粉末。在3000小時的UVB照射之后，色差小于1.5，保光率仍然接近100%，這已經達到了氟碳粉末的耐候性能，高于市面上所有的丙烯酸類產品。 表3 光伏組件用丙烯酸粉末的耐候性能-UVB測試 氙燈測試也表明，在1500小時氙燈照射之后，色差小于0.5，保光率接近100%，性能優異。在3000小時氙燈之后，色差僅為1左右，保光率仍然高于90%，也接近氟碳粉末的性能。綜上所述， 這個產品可以滿足太陽能光伏應用的20年戶外的耐候要求。 表4 光伏組件用丙烯酸粉末的耐候性能-氙燈測試 太陽能光伏面板需放置在室外常年的風吹雨淋，特別是在夏天，濕度大，氣溫高，所以光伏面板組件對耐高溫高濕的要求也非常高。通常的粉末涂料體系，如聚酯類的，耐濕熱性能都不太好，特別是變色問題，通常在高溫高濕測試之后，涂膜黃變嚴重。丙烯酸體系本身就具有良好的耐濕熱性能，而這個光伏組件專用丙烯酸樹脂又是經過特殊設計，在單體選擇和合成工藝上都避免了會引起濕熱黃變的因素。另一方面，在粉末涂料的配方設計中也避免引入容易黃變的原材料，使得這個粉末耐濕熱性能相當優異。在85 ℃，85%相對濕度的條件下儲存1000小時后色差僅為1.3，保光率95%左右，遠遠優于聚酯等其他體系，并且也優于絕大部分丙烯酸體系的產品。 表5 光伏組件用丙烯酸粉末的耐濕熱性能 結語 基于GMA丙烯酸體系的粉末涂料在各個方面都適用于光伏面板組件的應用。170 ℃下能夠完全固化成型，可以滿足光伏組件不能高溫加工的要求。透明度好，透光率達到94%，跟玻璃一致。 光伏組件用丙烯酸粉末具有良好的耐候性能和耐濕熱性能。3000小時UVB照射后色差小于1.5，保光率大于95%，達到戶外20年的耐候級別，濕熱1000小時后的色差小于1.5，保光率大于90%，可以滿足太陽能面板行業對耐候和耐濕熱的苛刻要求。 傳統粉末涂料應用于太陽能光伏行業，無論從原材料上，技術上，工藝上，還是應用上，對于粉末涂料來說，都是一次全新的嘗試，是對粉末涂料的研發，制造，性能和應用的重大突破。這種跨界的拓展給粉末涂料這個傳統行業注入了新的活力，也給了很多很好的啟示，也許粉末涂料這種材料完全可以在涂料之外的領域也取得很好的應用，對于粉末涂料的應用范圍和應用領域，我們必將重新思考，積極探索，努力開拓。